Biocorrosion en géothermie

Gestion des biofilms, enjeux industriels

Romainville– 13 Octobre 2011

C. COTICHE, Responsable service corrosion-hydrochimie

CFG Services, filiale du BRGM, spécialisée en géothermie industrielle

CFG Services

filiale à 100% du

CA 2010 : 9,5 M€

45 salariés

Géothermie industrielle Etude, projet, maîtrise d’œuvre, suivi

et maintenance

Industries

Services • Expertise corrosion • Détection de fuites sur réseaux enterrés • Suivi d’installations • Microbiologie industrielle

Produits • Kit Labège pour la

numération BSR et BTR • CFG MIC Sensor®

Centre de recherche et d’expertise pour les géosciences

• Nucléaire • Réseaux d’eau

• Pétrole & gaz • Chimie & pétrochimie

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La géothermie profonde en Ile de France

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35 exploitations géothermiques au Dogger en fonctionnement (environ 1 000 000 MWh / an

90 000 Tep substituées par an (2/3 de la production géothermique française)

200 000 équivalents logements chauffés et alimentés en eau chaude sanitaire

10% de l’énergie distribuée par les réseaux de chaleur en Île-de-France (50% dans le département du Val de Marne)

émission de 280 000 tonnes CO2 évitées / an

Eau géothermale du Dogger

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⌦ pH compris entre 6,1 et 6,7

⌦température comprise entre 55 et 85°C

⌦milieu réducteur (- 150 < Eh < 0 mV/ENH)

⌦teneur en sels totaux dissous entre 6 et 35 g/l dont :

chlorures de 3 000 à 19 900 mg/l

[CO2 et HCO3-] de 250 à 600 mg/l

[SO42-] de 300 à 1 200 mg/l

[H2S, HS-] de 5 à 100 mg/l

⌦présence d'une microflore bactérienne de type sulfato-réductrice

Les bactéries du Dogger

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Plusieurs espèces différentes de BSR ont été isolées à partir de prélèvements d’eau géothermale du Dogger et de dépôts de corrosion

Les études physiologique et nutritionnelle réalisées sur les souches de BSR isolées ont révélé :

qu’elles étaient parfaitement adaptées aux conditions physiques et chimiques de l’aquifère du Dogger (température, pH, salinité, anaérobiose, présence de sulfate, matières organiques, H2)

qu’elles étaient actives [la réduction bactérienne de SO42- en

HS- diminution de 34S dans les sulfures produits (dissous +

dépôts)]es biocides et optimiser leur utilisation

Les bactéries du Dogger

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Desulfovibrio

desulfuricans

(vibrio)

Desulfatomaculum

Geothermicum

(bactérie sporulée)

Qu’est-ce que la biocorrosion ?

Biocorrosion des circuits industriels = dégradation du métal par réaction électrochimique liée aux modifications du milieu induites par un biofilm

(Biocorrosion Biofilm ….MAIS….Biofilm Biocorrosion)

Risque de percements des tubages et conduites

Les traitements chimiques :

Biocides : fort impact environnemental et économique

Un monitoring de la biocorrosion est nécessaire pour

quantifier l’action des biocides et optimiser leur utilisation

Traitement chimique anti-corrosion et dispersant (géothermie)

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Qu’est-ce que la biocorrosion ?

Biocorrosion = corrosion localisée sous forme de piqûres et/ou de cratères (corrosion caverneuse)

Théorie (pour les aciers au carbone):

Dépolarisation cathodique par consommation de H2 oxydé par les BSR (théorie controversée)

Le sulfure d’hydrogène produit par les BSR catalyse les réactions anodiques par sulfuration de l’anode

Production locale d’acidité à l’anode par précipitation de sulfure de fer (Fe2+ + HS- → FeS + H+)

Cinétique accélérée en présence de O2 (acidification liée à l’oxydation des sulfures )

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Le rôle des sulfures de fer

Les sulfures de fer sont de nature différente en fonction des concentrations relatives en ions ferreux et sulfures

En présence d’un excès de H2S Pyrite (FeS2) , dépôts adhérents

En présence d’un excès d’ions Fe2+ (anode) Mackinawite (FeS1-x), peu adhérente et peu protectrice pouvant stabiliser une corrosion localisée sous dépôts

Certains sulfures de fer sont très bon conducteurs électriques et ont un potentiel noble corrosion galvanique entre métal nu et dépôts de sulfures de fer

Les dépôts de sulfures de fer engendrent des pertes de charges et favorisent le développement bactérien

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Corrosion sur acier au carbone assistée par les bactéries

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Percement d’un casing 7 du

puits injecteur – Doublet

géothermique de Coulommiers - source: CFG Services

Dépôts rencontrés dans les installations géothermales

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Percement au droit d’un

manchon de jonction entre deux

tubages du puits de production –

Doublet géothermique de

Villeneuve la Garenne - source: BRGM

Dépôts de sulfures de fer

dégagés du manchon source: BRGM

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Percement d’une colonne d’exhaure d’eaux minières par biocorrosion source: CFG Services

Corrosion sur acier au carbone assistée par les bactéries

Corrosion sur acier au carbone assistée par les bactéries

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Percement d’une conduite de transport de brut pétrolier par biocorrosion source: Total

18 M€

Avant décapage Après décapage

Biocorrosion de l’acier carbone = eau + bactéries

90 % sur les surfaces Biofilm responsable de la corrosion

10 % dans l’eau Non responsable de la corrosion

Comptage dans l’eau Comptage sur bioprobes Moyens de

contrôle

usuels : les

dénombrements

via des milieux de

culture (par ex.

Kits Labège)

Quantifie les bactéries

responsable de la corrosion

Pas de quantification de la

corrosion en elle même

Délai d’analyse élevé

Faible coût

Ne mesure pas le risque réel

de biocorrosion

Délai d’analyse élevé

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Le comptage des bactéries dans l’eau ou sur bioprobes et le monitoring d’un biofilm ne sont pas des outils fiables pour le suivi de la biocorrosion et l’optimisation des traitements biocides

Les outils usuels de monitoring ne quantifient pas directement la biocorrosion

Origine

Principe

Usage

Né d’un programme de recherche pour l’industrie pétrolière, forte consommatrice de biocides

Reproduire une corrosion localisée et suivre sa cinétique

Suivre en temps réel la corrosion associée à la présence d’un biofilm

Optimiser les traitements chimiques biocides

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CFG MIC Sensor® : l’unique solution de mesure directe de la vitesse de biocorrosion des conduites

CFG MIC Sensor ®: mesure directe de la vitesse de corrosion en temps réel, sur site, sans interruption

CFG MIC Sensor ®:

une sonde électrochimique

un boitier de commande déporté

un logiciel de pilotage spécifique

L’instrumentation est certifiée ATEX

Avantages de CFG MIC Sensor®

mesure directe de la vitesse de corrosion

mesure en temps réel

mesure sur site et sans interruption de l’exploitation

Sonde sur conduite d’exploitation

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La sonde robuste, industrialisée et sécurisée ne nécessite aucune maintenance ou arrêt de production

Corps de sonde (cathode) raccordé à la canalisation

Tête de sonde contenant l’électronique embarquée

Anode en acier carbone immergée dans le fluide

Système de sécurité

Filetage 1’’gaz pour fixation sur piquage de la canalisation

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Le pilotage complet par boitier de commande et logiciel pour un monitoring rapide et opérationnel

Le logiciel spécifique permet :

• le paramétrage des cycles de mesures • la consultation et le rapatriement des

données du monitoring, visualisées sous forme de graphiques

Le boitier de commande permet

de piloter l’instrumentation localement ou à distance via un modem GSM

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Des options pour répondre aux contraintes des installations industrielles

Sonde

Boitier de commande

PC

Compatibilité de la sonde avec des canalisations sous protection cathodique

Pilotage à distance par GSM

Commande d’une pompe doseuse pour l’injection de produits biocides

Alimentation du boitier avec :

Jeu de batteries rechargeables Autonomie env. 8 jours

Jeu de batteries + panneau solaire pour une autonomie énergétique

CFG MIC Sensor ® Les options disponibles :

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Un mode opératoire simple pour une mesure fiable de la vitesse de corrosion

1. Stabilisation o Mise en place de la sonde dans le fluide

o Attente de l’équilibre électrochimique : l’état de surface de l’électrode de la sonde doit atteindre celui de la canalisation

2. Polarisation de la sonde o Reproduction d’une biocorrosion localisée (qui serait générée

naturellement par les bactéries avec une cinétique plus lente)

3. Corrosion o Mise en court circuit et mesure de l’intensité du courant débité

par la pile (la pile se désactive absence de biofilm corrosif/ la pile se maintient monitoring du risque de biocorrosion)

o Transposition du courant en vitesse de corrosion en mm/an

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Exemples de monitoring

0

1

2

3

4

5Biocide ABiocide B

Vcorr (mm/an)

0

1

2

3

4

5

Biocide ABiocide B

Vcorr (mm/an)

temps

temps

Différenciation de la cinétique d’action de 2 biocides

Différenciation de l’efficacité de 2 biocides

Vitesse de corrosion au cours de traitements biocides 21

Monitoring sur circuit de production d’eau géothermale

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1. Quantification du risque de biocorrosion localisée des aciers au carbone

2. Suivi de l’efficacité des traitements biocides

CFG MIC Sensor ®, l’optimisation des traitements biocides pour un bénéfice économique et écologique

Meilleure gestion des risques et réduction des coûts de réhabilitation des installations

Réduction des coûts et de l’impact environnemental par l’optimisation des traitements biocides

L’Innovation du CFG MIC Sensor® = nouvelles pratiques possibles

Pour des gains économiques et environnementaux

Mesure de la vitesse de corrosion

temps réel, sur site et sans interruption de l’exploitation

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Les applications du CFG MIC Sensor ®

Pétrole et gaz : circuit de réinjection d’eau pétrolière

Chimie et pétrochimie : circuit d’eau industrielle

Réseau urbain : eau glacée, chauffage, adduction d’eau

Nucléaire : circuit de refroidissement

Naval : circuit de refroidissement des navires

Sidérurgie : circuit de refroidissement

Papeterie : eau de process

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Conclusion

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Bactéries sulfurogènes

H2S

Corrosion

Dépôts

1. Quantification du risque de biocorrosion localisée des aciers au carbone

2. Suivi de l’efficacité des traitements biocides

CFG MIC Sensor®

1. Comptage dans l’eau via ensemencement sur milieux de culture

2. Traitement biocide ponctuel

Monitoring de la [H2S]

1. Traitement anti-corrosion et dispersant

2. Monitoring de [Fe2+]

SAS au capital de 1M€

www.cfgservices.fr

3, avenue Claude Guillemin, Orléans

Catherine COTICHE, Responsable service hydrochimie corrosion

02 38 64 36 71

c.cotiche@cfg.brgm.fr

Merci pour votre attention

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